Diamanten wachsen in saurer Umgebung

Neue Simulation zeigt bisher unbekannte Reaktionsprozesse für die Diamantenbildung – Genaueres Verständnis des Kohlenstoff-Kreislaufs im Erdmantel möglich
Jeder Diamant, wie dieser aus einer russischen Mine, zeigt eine einzigartige Kristallstruktur. Winzige Einschlüsse an Flüssigkeiten geben Hinweise auf die komplexe Kristallbildung im oberen Erdmantel.
Jeder Diamant, wie dieser aus einer russischen Mine, zeigt eine einzigartige Kristallstruktur. Winzige Einschlüsse an Flüssigkeiten geben Hinweise auf die komplexe Kristallbildung im oberen Erdmantel.
© Galina Bulanova, University of Bristol
Baltimore (USA) - Rund 20 Tonnen Diamanten werden jährlich an etwa 700 Fundorten geschürft. Ihren Ursprung haben sie im oberen Erdmantel in 150 bis 660 Kilometer Tiefe, danach wurden die wertwollen Kristalle meist über vulkanische Aktivitäten Richtung Oberfläche transportiert. Die detaillierten Entstehungsprozesse bei hohen Temperaturen und Drücken sind allerdings nur ansatzweise geklärt. Diese Wissenslücke konnten nun amerikanische Geowissenschaftler mit einer neuen Simulation teilweise stopfen. In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ stellen sie einen neuen Reaktionsmechanismus vor, der von einen deutlichen Senkung des pH-Werts mineralreicher Fluide bei der Entstehung von Diamanten begleitet wird.

„Unsere Ergebnisse legen die Grundlage für eine bessere Theorie zum Kohlenstoffzyklus in der Tiefe der Erde“, sagt Dimitri Sverjensky von der Johns Hopkins University in Baltimore. Dazu entwickelte er mit seinem Kollegen Fang Huang ein Computermodell, das das Verhalten von mineralreichen Flüssigkeiten im Kontakt zu Silikatgesteinen - sogenanntem Eklogit - in großer Tiefe simulierte. In einer 900 Grad heißen Umgebung und unter hohem Druck von fünf Gigapascal war demnach ein mehrstufiger Prozess möglich, bei dem Magnesiumkarbonat mit Protonen aus einer sauren Flüssigkeit reagierte. Dadurch sank der pH-Wert der mineralischen Fluide. Parallel konnte reiner Kohlenstoff für die Diamantbildung entstehen.

Bisher gingen Geowissenschaftler davon aus, dass sich Diamanten ausschließlich über Redox-Reaktionen aus eingeschlossenem Methan oder Kohlendioxid bilden konnten. Diesen Weg halten Sverjensky und Huang zwar weiterhin für möglich, doch konnten sie ihn um einen weiteren Mechanismus ergänzen. Mit Experimenten etwa in einer Hochdruckzelle könnte nun dieser bisher nur simulierte Prozess der Diamantenbildung bestätigt werden.

Lukrative Hinweise, wo in Zukunft noch erfolgreicher nach Diamanten geschürft werden könnte, hatten sich die beiden Wissenschaftler allerdings nicht zum Ziel gesetzt. Doch könnte ihr Ansatz die Zusammensetzung der häufig in Diamanten eingeschlossenen Flüssigkeiten erklären helfen. Insgesamt besteht damit die Möglichkeit, den Kreislauf von Kohlenstoffverbindungen im oberen Erdmantel nachzuzeichnen und mehr über die komplexen Vorgänge in der Tiefe der Erde zu erfahren.

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